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电力机车牵引变流器的振动与温度测试分析

湖南文理学院学报(自然科学版) 2025年第1期37卷 32-38,84页

作者：丁杰冯江华王一伟郝艺宣湖南文理学院国际学院湖南常德415000 中车株洲电力机车研究所有限公司湖南株洲412001

牵引变流器作为电力机车的核心部件,振动与温度特性对于牵引变流器的稳定运行至关重要。通过对某型电力机车牵引变流器开展线路运行条件下的振动与温度测试,并从时域和频域角度分析振动特性,从系统级和部件级角度分析温度特性。研究结... 详细信息

牵引变流器作为电力机车的核心部件,振动与温度特性对于牵引变流器的稳定运行至关重要。通过对某型电力机车牵引变流器开展线路运行条件下的振动与温度测试,并从时域和频域角度分析振动特性,从系统级和部件级角度分析温度特性。研究结果表明:牵引变流器柜脚振动主要来自主变压器的高频振动,主要频率为800和1500 Hz;功率模块以轮轨作用的低频振动为主,高频成分少;在GB/T 21563—2018推荐的频率范围,冷却风机的横向振动超出标准值;功率模块水冷散热器相对于进水处的温差约为5.5℃,牵引变流器的温升裕量较大。

关键词：电力机车牵引变流器振动温度

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高速列车牵引变流器故障诊断研究

振动．测试与诊断 2020年第5期40卷 997-1002,1029页

作者：顾佳黄明关岳大连交通大学机械工程学院大连116028 大连交通大学软件学院大连116028 中车青岛四方机车车辆股份有限公司信息技术部青岛266111 中车青岛四方机车车辆股份有限公司国家工程试验室青岛266111

针对高速列车牵引变流器冷却滤网状态异常引发的牵引变流器故障问题,通过综合分析牵引变流器故障分类和滤网堵塞程度之间的相关性,提出一种基于多任务深度学习的故障诊断方法。首先,构建了包含牵引变流器故障诊断主任务及滤网堵塞程度... 详细信息

针对高速列车牵引变流器冷却滤网状态异常引发的牵引变流器故障问题,通过综合分析牵引变流器故障分类和滤网堵塞程度之间的相关性,提出一种基于多任务深度学习的故障诊断方法。首先,构建了包含牵引变流器故障诊断主任务及滤网堵塞程度子任务的多任务深度神经网络(multi-task deep neural networks,简称MT-DNN);然后,为了准确预测牵引变流器失效退化趋势,将多任务深度神经网络预测结果与自组织映射(self organizing map,简称SOM)方法结合,构建了多任务深度神经网络自组织映射模型(multi-task deep neural networks self-organizing map,简称MTDNN-SOM),该方法根据历史故障数据特征变量演化规律定义退化状态曲线,直接反映故障特征量和退化状态之间的关系,最终实现了牵引变流器滤网脏堵故障诊断和维修预测。试验结果表明,该方法在精度和效率上都明显优于单任务或传统故障诊断方法,得到了较好的效果。

关键词：高速列车牵引变流器故障诊断多任务深度神经网络自组织映射

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地铁牵引变流器直流侧振荡抑制策略研究

铁道学报 2011年第8期33卷 52-57页

作者：孙大南刘志刚林文立刁利军北京交通大学电气工程学院北京100044 浙江大学电气工程学院浙江杭州310027

负阻抗会引起地铁车辆牵引变流器直流侧电压、电流振荡,降低牵引传动系统稳定性。本文建立地铁牵引变流器关注直流侧的系统小信号模型,详细分析直流侧振荡的产生机理。提取直流侧电压谐振分量,提出基于直流侧电压振荡比修正给定牵引、... 详细信息

负阻抗会引起地铁车辆牵引变流器直流侧电压、电流振荡,降低牵引传动系统稳定性。本文建立地铁牵引变流器关注直流侧的系统小信号模型,详细分析直流侧振荡的产生机理。提取直流侧电压谐振分量,提出基于直流侧电压振荡比修正给定牵引、制动转矩的直流侧振荡抑制策略,利用相平面法和根轨迹法讨论振荡抑制策略对系统稳定性的改善以及参数选择对控制性能的影响。模型仿真和地铁现场试验结果均表明,该振荡抑制策略能有效消除直流侧振荡现象,提高系统稳定性。

关键词：牵引变流器负阻抗振荡抑制稳定性

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增强牵引变流器过载的IGBT泵升驱动技术

铁道学报 2024年第10期46卷 33-39页

作者：黄先进高冠刚刘宜鑫陈澄林飞北京交通大学电气工程学院北京100044

轨道交通牵引变流器在车辆启动加速和紧急制动过程中,会运行在过载工况,即流过IGBT的电流超过设计的额定电流。此时虽然仍在器件允许电流范围内,但IGBT损耗会出现较大增幅,导致变流器温升大幅波动。研究一种集成门极电压泵升技术的IGBT... 详细信息

轨道交通牵引变流器在车辆启动加速和紧急制动过程中,会运行在过载工况,即流过IGBT的电流超过设计的额定电流。此时虽然仍在器件允许电流范围内,但IGBT损耗会出现较大增幅,导致变流器温升大幅波动。研究一种集成门极电压泵升技术的IGBT驱动电路,在需要短时加大IGBT通流能力时,可以将门极开通电压升高,降低IGBT的导通压降,减小IGBT的损耗和温升波动。分析过载工况下的牵引变流器工作特性,并在此基础上计算IGBT的损耗和温升情况;分析门极开通电压升高对IGBT导通压降的影响,并设计具有门极电压泵升功能的IGBT驱动电路。通过仿真和双脉冲动态开关实验,验证此设计功能的有效性。

关键词：牵引变流器 IGBT驱动电路门极电压泵升技术 IGBT损耗

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高速动车组牵引变流器热容量

电工技术学报 2011年第10期26卷 205-210页

作者：刘建强郑琼林郭超勇游小杰北京交通大学电气工程学院北京100044

在分析高速动车组牵引变流器冷却系统结构及工作原理的基础上,利用ANSYS软件构建了冷却系统中空气—水热交换器的有限元仿真模型,对热交换器温度场及空气流场进行了仿真研究;为了验证更高运行速度下高速动车组牵引变流器冷却系统能否满... 详细信息

在分析高速动车组牵引变流器冷却系统结构及工作原理的基础上,利用ANSYS软件构建了冷却系统中空气—水热交换器的有限元仿真模型,对热交换器温度场及空气流场进行了仿真研究;为了验证更高运行速度下高速动车组牵引变流器冷却系统能否满足散热需求,设计并搭建了牵引变流器热容量测试平台,利用该测试平台在武广客运专线对CRH3型高速动车组牵引变流器温升参数及冷却系统通风量进行了动态测试研究。试验结果表明在高速运行工况下,牵引变流器冷却系统进风量将减小,但CRH3型高速动车组牵引变流器冷却系统仍然能满足动车组以330km/h高速持续运行的要求,试验测试结果验证了仿真结果的正确性。在国内首次对高速动车组牵引变流器热容量进行了实车测试研究,为新一代时速380km/h高速动车组的设计奠定了一定的理论和实践基础。

关键词：高速动车组牵引变流器流量测量温升

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地铁牵引变流器-电机系统稳定性控制

电工技术学报 2013年第6期28卷 101-107页

作者：赵雷廷刁利军董侃刘志刚北京交通大学电气工程学院北京100044

牵引变流器-电机系统是地铁车辆传动的主要组成部分,供网电压波动、直流侧滤波电感与支撑电容参数受限选取以及牵引变流器控制策略所产生的负阻抗特性都会引起系统直流侧电压和电流的持续振荡,继而造成电机输出转矩脉动,降低系统稳定性... 详细信息

牵引变流器-电机系统是地铁车辆传动的主要组成部分,供网电压波动、直流侧滤波电感与支撑电容参数受限选取以及牵引变流器控制策略所产生的负阻抗特性都会引起系统直流侧电压和电流的持续振荡,继而造成电机输出转矩脉动,降低系统稳定性。本文通过建立异步电机形等效电路以及转子磁场定向矢量控制近似线性化模型,推导出牵引变流器的输入导纳方程,进而阐释了车辆运行过程中滤波器-牵引变流器-电机系统的振荡机理,并在此基础上提出了一种通过在线修正电机定子电流转矩分量给定值以调整牵引变流器输入导纳的新型稳定性控制器,模型仿真和实验结果验证了所述理论的正确性和有效性。

关键词：地铁车辆牵引变流器系统振荡输入导纳稳定性控制

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一种城轨车辆牵引变流器控制单元的硬件设计

中国铁道科学 2017年第6期38卷 134-140页

作者：阮铮中国铁道科学研究院机车车辆研究所北京100081

为满足城轨车辆部件轻量化、小型化、集成化的要求,通过对城轨车辆牵引变流器的功能进行分析,明确了牵引变流器控制单元应具备系统级和逆变器级控制、通讯、信号处理和故障诊断等功能,从而提出以控制系统模块、数据处理和监控模块、信... 详细信息

为满足城轨车辆部件轻量化、小型化、集成化的要求,通过对城轨车辆牵引变流器的功能进行分析,明确了牵引变流器控制单元应具备系统级和逆变器级控制、通讯、信号处理和故障诊断等功能,从而提出以控制系统模块、数据处理和监控模块、信号处理模块组成的紧凑型牵引控制单元架构。在硬件设计中,采用微控制单元(MCU)完成系统级控制;采用数字信号处理器(DSP)完成逆变器级控制;采用可编程逻辑器件(FPGA)作为MCU和DSP的协处理器,并负责所有对外部电路的接口;采用开关量处理电路、模拟量采集和处理电路、脉冲输出及反馈处理电路,对牵引变流器的各类型信号进行处理,完成控制系统模块指令的输出和系统状态的采集。通过型式试验和牵引系统地面联调试验,验证了牵引变流器控制单元的性能符合设计要求,适用于集成度较高、空间相对紧张的场合。

关键词：城轨车辆牵引变流器控制单元系统结构模块设计

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列车牵引变流器水冷散热的实验研究

工程热物理学报 2013年第8期34卷 1534-1538页

作者：张永恒王业峰王良璧兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070 铁道车辆热工教育部重点实验室(兰州交通大学) 甘肃兰州730070

针对于IGBT的冷却问题,通过实验研究探讨如何获得最大的表面传热系数h。依据IGBT的水冷原理,散热器的内部采用微槽道结构,在恒定加热功率下,对冷却试件进行了六种不同流量下的实验,得出上下冷却基板表面温度、表面传热系数、努塞尔数的... 详细信息

针对于IGBT的冷却问题,通过实验研究探讨如何获得最大的表面传热系数h。依据IGBT的水冷原理,散热器的内部采用微槽道结构,在恒定加热功率下,对冷却试件进行了六种不同流量下的实验,得出上下冷却基板表面温度、表面传热系数、努塞尔数的分布。通过对实验结果的分析,获得冷却基板最大表面传热系数及平均努塞尔数随雷诺数的变化规律。

关键词：牵引变流器 IGBT 水冷散热微槽道

基于离散状态事件驱动仿真方法的牵引变流器能量平衡控制策略

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清华大学学报（自然科学版） 2020年第9期60卷 763-772页

作者：鞠佳禾赵争鸣施博辰朱义诚虞竹珺罗云飞张志学胡斯登何湘宁清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京100084 中车株洲电力机车研究所有限公司株洲412000 浙江大学电气工程学院杭州310027

目前,面向牵引的电力电子变换器应用广泛,但是这类大功率装置对可靠性的要求较高,并且需要避免器件应力导致的过压问题,因而对直流母线电压的稳定性提出了很高的要求。由于牵引变流器的工况随着机车运行情况的变化而变化,因此其单向整... 详细信息

目前,面向牵引的电力电子变换器应用广泛,但是这类大功率装置对可靠性的要求较高,并且需要避免器件应力导致的过压问题,因而对直流母线电压的稳定性提出了很高的要求。由于牵引变流器的工况随着机车运行情况的变化而变化,因此其单向整流器的控制策略应具有可靠的高性能,以保证直流母线电压的抗扰性和随动性。该文提出针对牵引变流器的单相整流器能量平衡控制策略,该策略能够提高单相整流器动态性能。在研究控制策略的过程中,需要进行多组参数的对比测试以及多种工况的仿真,因此需要一种高效、高精度、收敛性好的仿真工具。该文利用离散状态事件驱动(discrete state event driven,DSED)仿真方法,针对牵引变流器搭建了数值仿真平台,在同平台实现了多时间尺度(系统级动态过程和器件级瞬态过程)的高效、准确仿真评估。基于DSED牵引变流器仿真平台,将单相能量平衡控制与经典PI控制方法进行了对比。实验结果表明:能量平衡控制在各类动态过程中均表现出响应速度快,有效抑制直流母线波动的特点。同时,结合能量平衡控制与模组电容连接母排结构,能够明显减小关断电应力和器件使用所需留出的余量。

关键词：牵引变流器能量平衡控制离散状态事件驱动(DSED) 电力电子仿真